ЦИОЛКОВСКИЙ И ШВАРЦ
Статья, которую Циолковский посылал при письме Столетову, появилась уже в следующем, 1892 году в виде самостоятельной книги «Аэростат металлический управляемый», представлявшей собою часть задуманной работы. Она была издана им вскладчину с Чертковым и другими сочувствовавшими изобретателю жителями города Боровска. Выход ее в свет (уже после переезда из Боровска в Калугу) доставил большую радость Циолковскому. «Кажется, никогда я не испытывал такого блаженства, как при получении корректуры этого труда», пишет он в предисловии к «Простому учению о воздушном корабле». Дело было не только в удовлетворении авторского самолюбия. Появление этой книги, содержавшей новые и смелые идеи в дирижаблестроении, открывало собою упорную борьбу Циолковского за цельнометаллический дирижабль, которую ученый вел затем, не складывая оружия, целую четверть века, вплоть до самого прихода советской власти.
В своей книжке Циолковский намечал основные черты будущего дирижабля, оставив пока второстепенные, по его мнению, детали без уточнения.
Наиболее громоздкую и уязвимую часть всякого дирижабля составляет баллон, большей частью матерчатый, заключающий в себе тот или иной легкий газ (водород или гелий), наличие которого в баллоне и сообщает дирижаблю необходимую подъемную силу[45]. Циолковский предложил изготовлять баллоны дирижаблей из тонкого гофрированного листового металла для придания этой оболочке большей прочности и долговечности по сравнению с матерчатой, а главное, чтобы сделать ее несгораемой (в то время аэростаты наполнялись исключительно водородом — газом, легко воспламеняющимся). Металлическая оболочка дирижабля должна была обеспечить в наиболее широких размерах возможность подогрева газа для увеличения в нужных случаях его подъемной силы. Подогрев этот можно было наиболее выгодно осуществлять за счет использования теплоты отводящихся в выхлопные трубы мотора газообразных продуктов сгорания, которая в обычных условиях теряется. При матерчатых же баллонах подогрев возможен лишь в очень узких пределах.
Наконец, существеннейшей особенностью дирижабля по идее Циолковского являлась изменяемость объема его металлического баллона в полете.
При нагревании находящегося в полете аэростата лучами солнца или вследствие подъема аэростата в более высокие, разреженные слои атмосферы, а также и от совместного воздействия этих двух причин, газ, наполняющий баллон аэростата, расширяется. Когда же аэростат опускается в нижние, более плотные слои атмосферы или подвергается охлаждению, то объем газа в нем сокращается.
Для того чтобы дать возможность газу расширяться без выпуска его излишка, в современных дирижаблях[46] внутрь газового баллона помещают воздушные баллонеты, то-есть мешки, наполняемые воздухом с помощью вентилятора или другого приспособления.
Схема цельнометаллического дирижабля Циолковского в продольном и поперечном разрезах.
а) блоки, б) лебедка стягивающей системы, В) и в) верхнее и нижнее основания оболочки, г) боковины оболочки из гофрированного листового металла, д) колпаки, прикрывающие шарнирные соединения.
Когда пилот по показаниям манометра замечает повышение давления газа в баллоне выше нормы, он открывает соответствующие выпускные клапаны баллонетов и дает этим возможность газу беспрепятственно расширяться в баллоне за счет вытесняемого из баллонетов воздуха. При сокращении же объема газа в баллоне — вследствие охлаждения или при опускании из верхних, разреженных слоев атмосферы в нижние, более плотные — пилот замечает по приборам падение давления газа в баллоне ниже нормы и немедленно приводит в действие приспособление, нагнетающее воздух в воздушные баллонеты. Давление восстанавливается, и оболочке аэростата не угрожает более опасность потерять форму (деформироваться), со всеми тяжелыми последствиями этого.
Вместо применения воздушных баллонетов Циолковский проектировал осуществить изменяемость объема оболочки с помощью стягивающей системы тросов. Этим путем становилось возможным по мере надобности регулировать (увеличивать или уменьшать) самый объем дирижабля.
Шарнирное соединение гофрированных боковин с основанием оболочки.
а) основание» б) боковина, в) шарнирное соединение, г) колпак, делающий соединение газонепроницаемым.
Итак, Циолковский еще в начале 90-х годов не только научно обосновывал полную техническую осуществимость дирижаблей и подчеркивал их крупное значение для народного хозяйства, но начал также разработку таких конструктивных деталей, которые лишь в самое последнее время действительно начали вводиться в жизнь, и то пока лишь по отдельности (цельнометаллическая оболочка, изменяемый в полете объем ее и подогрев газа).
Книга «Аэростат металлический управляемый» набиралась как раз в то время, когда Циолковский вынужден был заняться организацией переезда с семьей в Калугу.
К этому переезду Циолковских побуждало два обстоятельства. Прежде всего забота о подрастающих детях, которым необходимо было дать среднее образование. В Боровске, захолустном уездном городишке, средней школы не было. С другой стороны, Циолковский, всеми силами боровшийся со взяточничеством, вконец испортил отношения с дирекцией училища. Директор искусно добился перевода Циолковского в губернский город, якобы заботясь о пользе его, как примерного педагога. На самом деле он просто стремился избавиться от беспокойного сотрудника.
Циолковский, привыкший уже к Боровску и не любивший менять установившийся распорядок жизни, так как всякая ломка быта отвлекала его от научных занятий, в конце концов согласился на переезд, хотя и с неохотой. Сняться с насиженного места и переехать за сто с лишним километров в чужой город, да еще с детьми, было далеко не шуточным делом для четы Циолковских, в особенности при их более чем скудных достатках.
Подыскать квартиру на новом месте Циолковским помогла семья Еремеевых, ранее переехавших в Калугу. Однако забот и хлопот с переездом было так много, что в научных работах Циолковского, которыми он никогда и ни для чего не жертвовал, все же получился невольный перерыв.
Тем временем в области воздухоплавания в России произошло событие» оказавшее весьма важное влияние на судьбу мирового дирижаблестроения.
В 1893—1894 годах в Петербурге был совершен первый в мире практический опыт постройки дирижабля жесткой системы с цельнометаллической оболочкой. Чрезвычайно характерная для царской России история этой постройки вкратце такова.
Как было сказано, заправилы VII Отдела приняли проект цельнометаллического дирижабля Циолковского «в штыки»; до этого Воздухоплавательный парк затормозил постройку жесткого дирижабля с жестким каркасом Костовича. Между тем заграничные военные круги, прежде всего в Германии и в Австрии, уже заинтересовались вопросом о жестких и цельнометаллических дирижаблях.
В одной из рукописей Циолковского, хранящейся в его архиве, озаглавленной «Стальной дирижабль», находим следующие показательные строки:
«Доклад в Питере был при многочисленном стечении членов и публики. О нем много писали в России и за границей. Член Общества Полешко писал мне: «...мы находимся в большом затруднении. Берлинское Техническое общество предлагает нам совместно построить небольшой латунный дирижабль, на что император Вильгельм обещал отпустить из своих средств 15 000 руб. Но у нас нет денег, и мы принуждены отказаться от этой совместной работы... Вышла большая неловкость...»[47]
В начале 1892 года российский военный агент в Австрии, полковник Зуев, сообщил своему военному ведомству, что австрийский гражданин Давид Шварц из Ваграма, по специальности и образованию лесничий, изобрел управляемый аэростат и предлагает осуществить его в России. При этом он сообщал, также со слов Шварца, что устройство этого аэростата очень просто и на его постройку потребуется всего около 10 тысяч рублей. И вот русские военные круги, игнорировавшие деятельность ученых и изобретателей в своей стране, немедленно заинтересовались этим предложением, поскольку оно исходило из-за границы. Военный министр Ванновский дал согласие на ассигнование денег и приглашение Шварца.
В руководящих кругах военного ведомства, несомненно, хорошо знали о резко отрицательном отношении руководителей Воздухоплавательного парка к дирижаблестроению. Очевидно, поэтому военное ведомство и не запросило мнения или отзыва Воздухоплавательного парка о предполагаемой постройке аэростата, и ведение постройки было поручено генералу Заботкину.
Воздухоплавательному парку специальным приказом предложили предоставить Шварцу для его работ помещение на территории Волкова поля, а также оказывать ему полнейшее содействие в отношении найма рабочих, отвода подсобных мастерских и пр.
Интересно сопоставить отношение военных кругов того времени к скромному русскому изобретателю Циолковскому и иностранцу Шварцу.
Циолковскому, представившему обстоятельный, строго научный доклад о своем цельнометаллическом дирижабле, было отказано, несмотря на наличие лучших отзывов самых передовых ученых страны, даже в ничтожных средствах на сооружение моделей. Шварцу же отпущено было сразу несколько десятков тысяч рублей, хотя в военном ведомстве никто в сущности толком не знал, в чем состоит его изобретение. Никакого проекта Шварц не представил, никакой экспертизе его предложения не подвергались, и только уже при начале работ в Воздухоплавательном парке выяснилось, что Шварц намеревается строить цельнометаллический дирижабль с оболочкой из листового алюминия, жесткой системы, с внутренним алюминиевым же каркасом и что денег потребуется на строительство не 10 тысяч рублей, а гораздо больше.
Об этом последнем, самом неприятном изменении доложили военному министру, но, поскольку деньги были уже затрачены, материалы (в частности, 2,5 тонны алюминия) закуплены и доставлены, решили довести постройку до конца.
Постройка продолжалась весь 1893 и 1894 год.
Из-за границы был привезен лишь алюминий (в листах и полосах, прокатанный), вся же работа производилась в мастерских Воздухоплавательного парка русскими мастерами и рабочими, нанятыми для этой цели. Некоторые детали делались на заводе Пульмана и на других петербургских заводах.
Дирижабль имел следующее устройство.
Его основу составлял алюминиевый каркас из кольцевых шпангоутов и продольных стрингеров, с нанесенной на него алюминиевой обшивкой из листов толщиною около 0,2 миллиметра. Листы соединялись между собою заклепками.
Большая часть корпуса дирижабля имела цилиндрическую форму (ее длина равнялась 36 метрам при диаметре в 12,14 метра), носовая часть — коническую форму (высота конуса 10 метров), а кормовая часть — почти плоскую, лишь с небольшими округлениями.
Объем оболочки равнялся 3284 кубическим метрам. Гондола, в которой был установлен двухцилиндровый, четырехтактный бензиновый мотор Даймлера в 5 лошадиных сил и где находилась рубка пилота, подвешивалась к корпусу аэростата на алюминиевых решетчатых фермочках.
Обычного рулевого управления, равно как и стабилизаторов, дирижабль Шварца не имел. Действие рулей заменялось в нем работой специального пропеллера, который должен был, меняя направление вращения, поворачивать силою своей тяги корпус дирижабля в нужном направлении. Два других пропеллера, расположенных по бокам корпуса, значительно выше гондолы, обеспечивали поступательное движение. Наконец, четвертый пропеллер был установлен на вертикальной оси и должен был служить для ускорения высотных операций — подъема или спуска дирижабля. Передача от мотора ко всем четырем пропеллерам была ременная.
Шварц приступил к работе без готового проекта — он создавал его в процессе постройки, то и дело меняя детали конструкции. Командование Воздухоплавательного парка должно было помогать ему во всем и оказывать полное содействие. Но сохранившиеся отрывки переписки по этому поводу Кованько и Семковского показывают, что это «содействие» оказывалось весьма неохотно, что называется, «стиснув зубы».
И, тем не менее, в течение 1893—1894 годов первый в мире жесткий, цельнометаллический дирижабль был под руководством Шварца построен русскими рабочими и мастерами. Эти непосредственные исполнители отнеслись к делу создания воздушного корабля в своей стране не по-казенному, а с искренним желанием возможно лучше выполнить порученную работу. То, что не было в деталях разработано Шварцем, дополняли они сами, проявляя исключительную находчивость и изобретательность.
Совершенно новое и трудное дело механической обработки алюминия, требовавшее особых приемов, в особенности клепка тонких листов оболочки, проведено было достаточно удовлетворительно. На качество работы Шварц не жаловался.
Можно было приступить к газонаполнению. Но тут-то и сказалась недостаточная теоретическая разработка проекта Шварца. Он не сумел предварительно проанализировать поведение оболочки после ее наполнения газом и подсчитать все усилия и напряжения, которые должны были при этом в ней возникнуть.
Результаты теоретической недоработанности проекта Шварца не замедлили сказаться. Введенные внутрь корпуса легкие баллоны из лакированной шелковой материи лопнули вскоре после газонаполнения, и газ распространился непосредственно в самой алюминиевой оболочке. Действующие на корпус дирижабля силы распределились иначе, чем предполагал конструктор, а это повело к непредвиденным деформациям в корпусе. В результате газ из оболочки пришлось выпустить.
Шварц заявил, что виною неудачи является непрочность баллонов, изготовленных по его заданиям баллонной мастерской Воздухоплавательного парка, и что поэтому необходимо заказать их за границей. Он потребовал на это 10 тысяч рублей. После колебаний и эти деньги были выданы. Шварц отправился с ними за границу и... больше никогда не возвращался, не отвечал на письма и вообще прекратил всякие сношения с Россией, не отчитавшись в полученных суммах.
Дирижабль Шварца! впоследствии был разобран, но его гондола сохранялась в Ленинграде, на территории бывшего Воздухоплавательного парка, до 1931 года.
Шварц увез с собой не только деньги и чертежи, но и большой производственный опыт.
Немецкий фабрикант прокатанного алюминия Карл Берг, заинтересованный в изыскании новых областей применения алюминия, предложил Шварцу финансовую поддержку для постройки второго цельнометаллического дирижабля уже в Германии, с учетом всего опыта первой постройки его в России.
Пока опешившие петербургские чиновники военно-инженерного ведомства судили да рядили, как взыскать со Шварца деньги и что делать с оставшимся дирижаблем, в Берлине, на территории Военно-воздухоплавательной части, начал строиться второй экземпляр цельнометаллического дирижабля.
Постройка была закончена без Шварца, который умер в январе 1897 года; в полет на дирижабле, состоявшийся 2 ноября того же года, отправился доканчивавший постройку механик Ягельс.
Дирижабль летел через Шенеберг (окраина Берлина) на высоте около 300 метров совершенно спокойно и ровно, подобно нынешним дирижаблям[48]. В числе лиц, собравшихся на старте дирижабля, находился граф Ф. Цеппелин, впоследствии знаменитый конструктор дирижаблей жесткой системы. Минут через двадцать нормального полета один из ремней передачи к пропеллерам соскочил, и неопытный пилот, впервые в своей жизни совершавший полет, оказался в затруднительном положении. Он все же привел дирижабль к спуску на военное поле Темпельгоф в окрестностях Берлина. Но во время этого вынужденного спуска оболочка дирижабля получила пробоину, а затем засвежевшим ветром его корпус был совершенно деформирован.
В дальнейшем промышленник Берг принимал ближайшее участие в финансировании постройки дирижабля Цеппелина. В качестве своего вклада он предоставил основавшемуся обществу «Цеппелин» чертежи обоих экземпляров дирижабля Шварца, построенных в России и Германии. Общество «Цеппелин» обязалось за это уплачивать наследникам Шварца 10 тысяч марок (5 тысяч золотых рублей) с каждого из первых тридцати дирижаблей Цеппелина, построенных и проданных обществом[49].
Цельнометаллический дирижабль Шварца (1894).
В конструктивном отношении и с точки зрения использования производственного опыта дирижабли Цеппелина в Германии строились по типу дирижабля Шварца. Однако все последующие дирижабли жесткой системы имели матерчатую, а не металлическую оболочку.
Итак, первая в мире постройка цельнометаллического дирижабля, знаменующая важный этап в истории развития дирижаблей, была произведена без участия Циолковского. А между тем здесь-то и был бы в высшей степени необходим тот математический анализ и те подсчеты, которые произвел уже К. Э. Циолковский в своих трудах о металлическом дирижабле. Расчеты Циолковского подвели бы незыблемую научную базу под интересное начинание Шварца; результат всего дела мог быть, несомненно, иным.
Как раз в этот период Циолковский тщетно пытался привлечь общественное мнение к своему проекту. Для популяризации своей идеи цельнометаллического дирижабля он поместил в одном из номеров журнала «Наука и жизнь» за 1893 год статью «Возможен ли металлический аэростат?». В конце статьи автор предлагал желающим приобрести у него модель-схему, чтобы убедиться в простоте и целесообразности устройства его дирижабля.
«Дело металлического воздушного корабля столь чревато благими последствиями, — писал Циолковский, — что было бы крайне неблагоразумно жалеть сил, трудов и издержек для испытания всех средств к его осуществлению; пусть оно не удастся, пусть мы ошибаемся (я никого не соблазняю и ничего заранее наверняка не обещаю), но разве имеем мы право не попытаться, если эта попытка, по здравому и научному суждению, должна повлечь за собою результаты столь важные, что всю силу их и значение даже оценить теперь нельзя».
Дирижабль Цеппелина (1900).
Но пламенный призыв русского изобретателя не получил никакого отклика. Поразительнее всего, что именно в то самое время, когда в Петербурге выгружались тонны дорогого заграничного алюминия для дирижабля Шварца, в VII Отделе происходил «суд с пристрастием» над второй частью работы «Аэростат металлический управляемый», выпущенной Циолковским в 1893 году, вскоре после его переезда в Калугу.
Немедленно по выходе в свет этой работы Циолковский разослал ее по разным редакциям и научным обществам, в первую очередь направив в президиум VII Воздухоплавательного отдела в качестве убедительного протеста против его антинаучной, реакционной позиции в отношении дирижаблестроения.
Убедившись, что боровский учитель, вздумавший проектировать дирижабли, отнюдь не был сражен их приговором и даже написал новый научный труд для обоснования своей правоты, руководство VII Отдела заволновалось. На ближайшем заседании 28 января 1893 года они приступили к разбору книги. Редкий автор, да еще из числа защитников дирижаблестроения, удостоивался у них такой чести: обычно книга давалась на рецензию кому-либо из активных членов Отдела, наиболее сведущих по данному вопросу, и тот уже от себя публиковал рецензию на нее.
Хотя целый ряд членов VII Отдела — Кованько, Семковский и другие — принуждены были по службе принять участие в постройке цельнометаллического дирижабля Шварца, никто из них не вспомнил о Циолковском.
В свое время, при обсуждении первоначального проекта Циолковского в VII Отделе, Кованько, уже тогда игравший ведущую роль в Воздухоплавательном парке, вынужден был отозваться об изобретателе из Боровска весьма положительно: «Г. Циолковский, — говорил он,— может оказать со временем большие услуги делу воздухоплавания». Теперь же, когда явился превосходный случай дать возможность Циолковскому оказать эту услугу, тот же Кованько и его друзья упорно не желали привлекать Циолковского и выдвигали против его работы один аргумент за другим.
Первый довод был тот, что технически не представляется возможным сделать газонепроницаемые швы при тонком металле. Но в процессе постройки того же дирижабля Шварца русские рабочие, как мы только что видели, опровергли это на практике. Причины неудачи были совсем иные. Возобновленная на основании опыта в России и доведенная до конца постройка дирижабля уже в Германии также показала, что газ мог держаться в металлической оболочке.
Второе, в чем обвинялся Циолковский, было то, что он «считает пустячным делом добиться скорости 40 верст в час, что соответствует скорости около 12 метров в секунду...» Между тем через пятнадцать лет первый же русский дирижабль «Учебный», построенный наспех и самым кустарным способом1, достиг этой скорости. Германские же «цеппелины», при создании которых была полностью использована опытная постройка цельнометаллического дирижабля Шварца в России, уже через восемь лет перекрыли эту скорость, казавшуюся в 1893 году недостижимой руководителям VII Отдела[50].
В заключение судьи не смогли отказать себе в удовольствии еще раз повторить свой капитулянтский тезис о невозможности создать управляемый аэростат: «Поступательные скорости, которые можно достигнуть на аэростатах, во всяком случае не дадут возможности во всякое время двигаться с определенной скоростью в желаемом направлении».
О сооружении и полетах дирижабля Шварца в Германии Циолковский узнал позже по перепечатываемым в русской прессе сведениям из иностранных газет. В 1898 году он откликнулся на них в своей очередной научной работе, помещенной в журнале «Вестник опытной физики» под заглавием «Давление воздуха на поверхности, введенные в искусственный поток».
Чуждый изобретательского эгоизма и самомнения, Циолковский писал о дирижабле Шварца и в другой своей работе «Простое учение о воздушном корабле», опубликованной в журнале «Общедоступный техник» за тот же год[51].
«Надо удивляться, — справедливо замечал Циолковский, — что этот аэростат, не приспособленный к изменению объема и рассеканию среды, мог все-таки некоторое время летать и даже бороться с противным ветром. Опыт этот, несмотря на его несообразность с идеальной точки зрения, заслуживает глубокого внимания и уважения потому, между прочим, что сильно укрепляет сторонников металлического аэростата»,
О том, что дирижабль Шварца первоначально строился в России и об обстоятельствах этой постройки Циолковский узнал лишь много позднее.
Невыносимо тяжела была судьба изобретателей и передовых людей в дореволюционной России. С горечью убеждались они в тщетности борьбы с засильем в науке и технике реакционных чиновников, с болью наблюдали, как их идеи, отвергнутые на родине, через ряд лет осуществляются за рубежом и зачастую используются против их родной страны.